Human fetal bone cells in delivery systems for bone engineering.

The aim of this study was to culture human fetal bone cells (dedicated cell banks of fetal bone derived from 14 week gestation femurs) within both hyaluronic acid gel and collagen foam, to compare the biocompatibility of both matrices as potential delivery systems for bone engineering and particularly for oral application. Fetal bone cell banks were prepared from one organ donation and cells were cultured for up to 4 weeks within hyaluronic acid (Mesolis(®)) and collagen foams (TissueFleece(®)). Cell survival and differentiation were assessed by cell proliferation assays and histology of frozen sections stained with Giemsa, von Kossa and ALP at 1, 2 and 4 weeks of culture. Within both materials, fetal bone cells could proliferate in three-dimensional structure at ∼70% capacity compared to monolayer culture. In addition, these cells were positive for ALP and von Kossa staining, indicating cellular differentiation and matrix production. Collagen foam provides a better structure for fetal bone cell delivery if cavity filling is necessary and hydrogels would permit an injectable technique for difficult to treat areas. In all, there was high biocompatibility, cellular differentiation and matrix deposition seen in both matrices by fetal bone cells, allowing for easy cell delivery for bone stimulation in vivo. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.

Covalent cell surface functionalization of human fetal osteoblasts for tissue engineering.

The chemical functionalization of cell-surface proteins of human primary fetal bone cells with hydrophilic bioorthogonal intermediates was investigated. Toward this goal, chemical pathways were developed for click reaction-mediated coupling of alkyne derivatives with cellular azido-expressing proteins. The incorporation via a tetraethylene glycol linker of a dipeptide and a reporter biotin allowed the proof of concept for the introduction of cell-specific peptide ligands and to follow the reaction in living cells. Tuning the conditions of the click reaction resulted in chemical functionalization of living human fetal osteoblasts with excellent cell survival.

Pore-scale modeling of two-phase flow instabilities in porous media

Les problèmes d'écoulements multiphasiques en média poreux sont d'un grand intérêt pour de nombreuses applications scientifiques et techniques ; comme la séquestration de C02, l'extraction de pétrole et la dépollution des aquifères. La complexité intrinsèque des systèmes multiphasiques et l'hétérogénéité des formations géologiques sur des échelles multiples représentent un challenge majeur pour comprendre et modéliser les déplacements immiscibles dans les milieux poreux. Les descriptions à l'échelle supérieure basées sur la généralisation de l'équation de Darcy sont largement utilisées, mais ces méthodes sont sujettes à limitations pour les écoulements présentant de l'hystérèse. Les avancées récentes en terme de performances computationnelles et le développement de méthodes précises pour caractériser l'espace interstitiel ainsi que la distribution des phases ont favorisé l'utilisation de modèles qui permettent une résolution fine à l'échelle du pore. Ces modèles offrent un aperçu des caractéristiques de l'écoulement qui ne peuvent pas être facilement observées en laboratoire et peuvent être utilisé pour expliquer la différence entre les processus physiques et les modèles à l'échelle macroscopique existants. L'objet premier de la thèse se porte sur la simulation numérique directe : les équations de Navier-Stokes sont résolues dans l'espace interstitiel et la méthode du volume de fluide (VOF) est employée pour suivre l'évolution de l'interface. Dans VOF, la distribution des phases est décrite par une fonction fluide pour l'ensemble du domaine et des conditions aux bords particulières permettent la prise en compte des propriétés de mouillage du milieu poreux. Dans la première partie de la thèse, nous simulons le drainage dans une cellule Hele-Shaw 2D avec des obstacles cylindriques. Nous montrons que l'approche proposée est applicable même pour des ratios de densité et de viscosité très importants et permet de modéliser la transition entre déplacement stable et digitation visqueuse. Nous intéressons ensuite à l'interprétation de la pression capillaire à l'échelle macroscopique. Nous montrons que les techniques basées sur la moyenne spatiale de la pression présentent plusieurs limitations et sont imprécises en présence d'effets visqueux et de piégeage. Au contraire, une définition basée sur l'énergie permet de séparer les contributions capillaires des effets visqueux. La seconde partie de la thèse est consacrée à l'investigation des effets d'inertie associés aux reconfigurations irréversibles du ménisque causé par l'interface des instabilités. Comme prototype pour ces phénomènes, nous étudions d'abord la dynamique d'un ménisque dans un pore angulaire. Nous montrons que, dans un réseau de pores cubiques, les sauts et reconfigurations sont si fréquents que les effets d'inertie mènent à différentes configurations des fluides. A cause de la non-linéarité du problème, la distribution des fluides influence le travail des forces de pression, qui, à son tour, provoque une chute de pression dans la loi de Darcy. Cela suggère que ces phénomènes devraient être pris en compte lorsque que l'on décrit l'écoulement multiphasique en média poreux à l'échelle macroscopique. La dernière partie de la thèse s'attache à démontrer la validité de notre approche par une comparaison avec des expériences en laboratoire : un drainage instable dans un milieu poreux quasi 2D (une cellule Hele-Shaw avec des obstacles cylindriques). Plusieurs simulations sont tournées sous différentes conditions aux bords et en utilisant différents modèles (modèle intégré 2D et modèle 3D) afin de comparer certaines quantités macroscopiques avec les observations au laboratoire correspondantes. Malgré le challenge de modéliser des déplacements instables, où, par définition, de petites perturbations peuvent grandir sans fin, notre approche numérique apporte de résultats satisfaisants pour tous les cas étudiés. - Problems involving multiphase flow in porous media are of great interest in many scientific and engineering applications including Carbon Capture and Storage, oil recovery and groundwater remediation. The intrinsic complexity of multiphase systems and the multi scale heterogeneity of geological formations represent the major challenges to understand and model immiscible displacement in porous media. Upscaled descriptions based on generalization of Darcy's law are widely used, but they are subject to several limitations for flow that exhibit hysteric and history- dependent behaviors. Recent advances in high performance computing and the development of accurate methods to characterize pore space and phase distribution have fostered the use of models that allow sub-pore resolution. These models provide an insight on flow characteristics that cannot be easily achieved by laboratory experiments and can be used to explain the gap between physical processes and existing macro-scale models. We focus on direct numerical simulations: we solve the Navier-Stokes equations for mass and momentum conservation in the pore space and employ the Volume Of Fluid (VOF) method to track the evolution of the interface. In the VOF the distribution of the phases is described by a fluid function (whole-domain formulation) and special boundary conditions account for the wetting properties of the porous medium. In the first part of this thesis we simulate drainage in a 2-D Hele-Shaw cell filled with cylindrical obstacles. We show that the proposed approach can handle very large density and viscosity ratios and it is able to model the transition from stable displacement to viscous fingering. We then focus on the interpretation of the macroscopic capillary pressure showing that pressure average techniques are subject to several limitations and they are not accurate in presence of viscous effects and trapping. On the contrary an energy-based definition allows separating viscous and capillary contributions. In the second part of the thesis we investigate inertia effects associated with abrupt and irreversible reconfigurations of the menisci caused by interface instabilities. As a prototype of these phenomena we first consider the dynamics of a meniscus in an angular pore. We show that in a network of cubic pores, jumps and reconfigurations are so frequent that inertia effects lead to different fluid configurations. Due to the non-linearity of the problem, the distribution of the fluids influences the work done by pressure forces, which is in turn related to the pressure drop in Darcy's law. This suggests that these phenomena should be taken into account when upscaling multiphase flow in porous media. The last part of the thesis is devoted to proving the accuracy of the numerical approach by validation with experiments of unstable primary drainage in a quasi-2D porous medium (i.e., Hele-Shaw cell filled with cylindrical obstacles). We perform simulations under different boundary conditions and using different models (2-D integrated and full 3-D) and we compare several macroscopic quantities with the corresponding experiment. Despite the intrinsic challenges of modeling unstable displacement, where by definition small perturbations can grow without bounds, the numerical method gives satisfactory results for all the cases studied.

Two cases of interferon-alpha-induced sarcoidosis koebnerized along venous drainage lines : new pathogenic insights and review of the literature of interferon-induced sarcoidosis

La sarcoïdose est une affection inflammatoire granuiomateuse systémique d'origine inconnue touchant le plus fréquemment les poumons, le système lymphoïde, le foie, les yeux et la peau. Dans cet article, nous rapportons deux cas de sarcoïdose cutanée touchant les avant-bras de deux patients anciens toxicomanes traités par interféron-a et ribavirine pour une hépatite C chronique. Nous procédons à une revue de la littérature de la sarcoïdose induite par l'interféron et élaborons une nouvelle hypothèse pathogénique de l'effet Koebner dans la sarcoïdose cutanée. Dans le cas des deux patients que nous décrivons, la distribution des lésions cutanées coïncide avec les anciens sites d'injection d'héroïne le long des trajets veineux des deux avant- bras. Cette distribution unique de l'atteinte cutanée suggère que les dommages tissulaires induits par la répétition d'injections percutanées puissent représenter un terrain favorisant au développement local d'une sarcoïdose cutanée. Fait intéressant, il a été récemment démontré que les cellules dendritiques plasmacytoïdes - sous-type de cellules dendritiques généralement absent de la peau - infiltrent rapidement les sites de peau lésée. Ces cellules sont la source d'une production endogène d'interféron-a, cytokine connue pour promouvoir le processus de cicatrisation, mais également pour favoriser le développement de sarcoïdose chez des individus prédisposés. Ainsi, nous postulons que les lésions de sarcoïdose cutanée limitées le long des trajets veineux - sites préalables d'injection percutanée de drogues - peuvent résulter d'une expression locale supplémentaire d'interféron-a. Celle-ci serait en outre favorisée par le traitement de ribavirine dans le cadre de l'hépatite C, connu pour renforcer la production endogène d'interféron-a. L'identification de nombreuses cellules dendritiques plasmacytoïdes circonscrivant l'inflammation granuiomateuse sur la biopsie cutanée de l'un de nos patients semble être un argument dans ce sens, conforté par l'absence de corps étranger détecté en microscopie par lumière polarisée. Cette observation semble pouvoir représenter un point crucial dans la compréhension des mécanismes physiopathologiques à la base de l'infiltration des cicatrices cutanées par la sarcoïdose. Des investigations supplémentaires doivent encore être effectuées afin de confirmer cette hypothèse.

Survival after surgical drainage of malignant pericardial effusion.

OBJECTIVES: Management of malignant pericardial effusion (PE) is complex. Cardiac surgeons are not necessarily familiar with or are challenged by the many underlying etiologies. Analyzing risk factors for mortality may help to estimate the benefit of surgery in high-risk patients. METHODS: Patients undergoing a surgical pericardiotomy for malignant PE, between 2001 and 2011, were included. The influence of tumor type, disease extension, intra-pericardial tumor infiltration on early mortality and long-term survival as well as freedom from symptoms after drainage, and the use of sclerosing agents on PE recurrence rates was analyzed. RESULTS: PE drainage was performed on 46 patients 12 ± 30 months after tumor diagnosis. Malignant diseases were lung cancers (50 %), breast cancers (15 %), lymphoma and leukemia (13 %), cancers of the digestive tract (13 %), and others (9 %). 80 % of patients were symptomatic and symptom relief was achieved in 65 %. Nobody died during surgery. Recurrence rate was 4 %. Early in-hospital mortality was 22 %. After 1 year, 29 % of patients were alive. Eleven patients (24 %) had a complete tumor regression. Metastatic spread (p < 0.001), pericardial infiltration (p = 0.02), and intra-pericardial Bleomycin (p = 0.01) injection were associated with increased mortality. Hematological malignancies had a better prognosis for survival. CONCLUSION: Surgical pericardiotomy is safe, associated with a low recurrence rate and symptom relief in the majority of dyspneic patients. Intra-pericardial Bleomycin may reduce recurrent effusion but does not ameliorate survival. Long-term survival rate was low with an increased mortality in cases of metastatic spreading, pericardial infiltration, and as the tumor of origin: breast cancers. Leukemic and lymphatic tumors have better prognosis.

Gene transfer engineering for astrocyte-specific silencing in the CNS.

Cell-type-specific gene silencing is critical to understand cell functions in normal and pathological conditions, in particular in the brain where strong cellular heterogeneity exists. Molecular engineering of lentiviral vectors has been widely used to express genes of interest specifically in neurons or astrocytes. However, we show that these strategies are not suitable for astrocyte-specific gene silencing due to the processing of small hairpin RNA (shRNA) in a cell. Here we develop an indirect method based on a tetracycline-regulated system to fully restrict shRNA expression to astrocytes. The combination of Mokola-G envelope pseudotyping, glutamine synthetase promoter and two distinct microRNA target sequences provides a powerful tool for efficient and cell-type-specific gene silencing in the central nervous system. We anticipate our vector will be a potent and versatile system to improve the targeting of cell populations for fundamental as well as therapeutic applications.